38 | TITEL positiv geladenes Teilchen, doch zusätzlich besitzt es eine quantenmechanische Eigenschaft namens Spin. Den Spin kann man sich wie einen Drall vorstellen, wie einen winzigen Kreisel, der sich um seine eigene Achse dreht. Und dieser Drall macht jedes Proton zu einem kleinen Magneten. Was das Magnetfeld bewirkt Ohne äußeren Einfluss sind all diese Mini-Magnete völlig chaotisch im Gewebe angeordnet. Sie zeigen in alle möglichen Richtungen: Die Magnetfelder heben sich gegenseitig auf und das Gewebe wirkt nach außen hin völlig unmagnetisch. Legt man nun im MRT-Gerät ein Magnetfeld von außen an, können die Protonen zwei bevorzugte Zustände/Richtungen einnehmen: entweder „mit dem Feld“ (energieärmer) oder „gegen das Feld“ (energiereicher). Und jetzt passiert etwas Entscheidendes: Es gibt minimal mehr Protonen im energieärmeren Zustand. Dieser Überschuss richtet sich in Richtung des äußeren Magnetfeldes aus. Bei einer Magnetfeldstärke von einem Tesla sind es nur wenige Protonen pro Million, die den energieärmeren Zustand einnehmen. Aber weil im Gewebe eine astronomische Zahl von Protonen steckt, wird aus „kaum messbar“ dann „eindeutig messbar“. Die MRT lebt von genau diesem Effekt: Sie nutzt ein extrem kleines Ungleichgewicht, das aber über Skalierung ein messbares Signal produziert. Protonen stehen nie still Hier funktioniert die MRT anders als jede andere Bildgebung. Die Protonen stehen nämlich nicht einfach still im Magnetfeld, sie präzedieren – ähnlich einem Spielzeugkreisel, der nicht umfällt, sondern um die Schwerkraftrichtung einen kleinen Kegel beschreibt. Genauso beschreiben die Protonen einen Kegel um die Richtung des Magnetfeldes. Diese Präzessionsbewegung hat eine definierte Frequenz — die sogenannte Larmorfrequenz. Und sie hängt direkt von der Stärke des Magnetfeldes ab: je stärker das Feld, desto schneller die Präzession. Für Wasserstoff liegt sie im Bereich der Radiowellen, bei 1,0 Tesla etwa bei 42 MHz, bei 1,5 Tesla etwa bei 63 MHz. Im Ruhezustand präzedieren die Spins zwar alle, aber völlig unkoordiniert — ihre Phasen sind zufällig, sie „reden durcheinander“. Das Signal, das sie gemeinsam aussenden, ist null. Resonanz bringt alle in den Gleichklang In der MRT wird ein kurzer Hochfrequenzpuls (HF-Puls) ins Gewebe gesendet. Aber er wirkt nur, wenn seine Frequenz exakt der Larmorfrequenz entspricht. Nur dann geraten die Spins in Resonanz. Wie eine Stimmgabel, die eine andere zum Klingen bringt, weil sie dieselbe Frequenz teilt. Der HF-Puls „kippt" die Magnetisierung aus ihrer Längsrichtung heraus — der sogenannte 90°-Puls kippt sie vollständig in die Querebene. Dabei werden die Spins phasenkohärent, das heißt, sie laufen plötzlich im Gleichschritt, synchron, wie ein Chor, der auf Kommando einsetzt. zm116 Nr. 08, 16.04.2026, (608) Wichtige Bauteile und ihre Funktion für die Bilderzeugung im Magnetresonanztomographen Supraleitende Spule erzeugt das statische Hauptmagnetfeld Dentalspule empfängt die Magnetresonanzsignale Hochfrequenzspule erzeugt den HF-Impuls Drei Spulen erzeugen das Gradientenmagnetfeld Abb. 4: Links oben: Eine supraleitende Spule erzeugt das statische Hauptmagnetfeld. Sobald sich ein Patient im Magnetfeld befindet, richten sich Wasserstoffprotonen in seinem Körper entlang dieses Magnetfelds aus. Rechts oben: Eine Hochfrequenzspule (HF) sendet exakt definierte Radiowellen als kurzen „HF-Impuls“ ins Gewebe. Dadurch werden die ausgerichteten Protonen aus ihrer Richtung ausgelenkt. Wenn der Impuls endet, relaxieren die Protonen in die ursprüngliche Richtung entlang des Hauptmagnetfeldes zurück. Dabei wird Energie frei und in Form von elektromagnetischer Strahlung (Magnetresonanzsignale) abgegeben. Links unten: Drei zusätzliche Spulen erzeugen ein sogenanntes Gradientenfeld, das die räumliche Identifikation der Signale ermöglicht. Rechts unten: Die Dentalspule am Kopf des Patienten empfängt die durch die Relaxation ausgesendeten Magnetresonanzsignale (MR-Signale) und leitet sie an die Software zur Bildgenerierung weiter. Foto: Bonitz
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